成都平原西部土壤汞异常来源研究_刘晓辉

第18卷第11期2009年11月长江流域资源与环境

ResourcesandEnvironmentintheYangtzeBasinVol.18No.11

Nov.2009

　　文章编号:1004-8227(2009)11-1058-05

成都平原西部土壤汞异常来源研究

刘晓辉1,童纯菡1,周四春1,李巨初1,朱礼学2

(1.成都理工大学核技术与自动化工程学院,四川成都610059;2.成都市双流县白家镇人民政府,四川成都610211)摘　要:四川唐昌地区是成都平原上典型的土壤汞含量高异常区。为研究汞异常来源,在该地区开展了多剖面地气测量,工作区面积约4km2,布置了5条测量剖面,共121个测点,点距30m。利用地气采样器积累式收集地气样品,采样时间为45d,通过中子活化分析技术测试了地气样品中10余种元素。地气中As、Au、Fe、La、Sm等多个元素出现规律性异常分布,反映出该地区隐伏断裂的具体位置,断裂走向为NE40°,宽度90～120m。用ICP-MS分析断裂上方收集的地气样品,发现含有微量的汞。成都平原西部汞异常区的分布趋势与隐伏断裂走向一致,且位置重合;而来自地下深部的汞能够随地气迁移至地表;隐伏断裂为地气迁移提供了有利通道,成为地表土壤汞异常的重要来源。成都平原西部汞异常是地球自身作用造成的。关键词:地气;隐伏断裂;汞异常;成都平原文献标识码:A

　　汞污染一直是环境研究和环境治理的重要对象。通过对上海、重庆等工业发达地区的汞污染研究发现,本地的工业排放是主要的污染源[1,2]。成都平原以鱼米之乡著称,却也存在大面积土壤汞异

常现象,早在20世纪80年代就已受到关注。如傅绍清等对成都平原的菜园地土壤及其相应的部分蔬菜作了污染调查,发现彭县、郫县等地的土壤和蔬菜存在不同程度的汞污染。20世纪90年代开展的1∶20万区域地球化学填图成果显示:成都平原高汞异常区位于平原西部的都江堰市、温江、郫县和彭州市一带;其中,郫县的唐昌镇土壤汞含量最高(1700ng/g),超过全国土壤平均值的40余倍。

姚学良等根据区域化探资料,发现成都平原西部汞异常区均呈珠串状分布(如图1所示),结合成都平原地质背景,初步认为成都平原的汞污染可能与成都平原下,沿基底断裂所产生的地球脱气作用有关[4]。四川是三大汞储量省之一,贵州、陕西和四川的汞储量占全国的74%。根据地气迁移理论,地壳深部的汞可以随上升气流迁移至地表,在土壤中积累,而隐伏断裂可以为汞的迁移提供良好的通道。但目前还没有直接证据表明成都平原的汞异常区存在隐伏断裂。

地气测量技术是一种机理和实践均较成熟的新

收稿日期:2008-11-06;修回日期:2009-01-05

基金项目:2005年博士学科点专项科研基金项目(20050616002)

～,,,:http://wendang.chazidian.com

[3]

图1　成都平原西部汞异常区分布图[4]Fig.1　DistributionofMercuryAnomaly　

[5～7]

AreainChengduPlain

方法,在隐伏矿藏和隐伏构造的勘探方面具有优势。它是通过收集来自地壳深处的上升气

流———地气携带上来的与地质体有关的元素纳米颗粒,来反映地下深部信息。断裂构造的存在使上升气流的流速增大,流量增加,造成纳米颗粒迁移数量增加。在地表收集的地气物质中,可以见到造岩元素及部分微量元素的微弱增高异常。地气异常可以

　第11期　　　　　　　　　刘晓辉等:成都平原西部土壤汞异常来源研究直接反映隐伏断裂的位置、走向和宽度信息。本项目组在四川唐昌镇高汞异常区开展了以多剖面地气测量为主的研究工作,以探查该地区隐伏断裂的情况,并进一步研究断裂构造与汞污染的关系。

1.3　测网布置

1059

地气测网主要布置在唐昌镇的柏条河附近区域(A区)和柏木河附近区域(B区),如图3所示。A区布置了3条地气测量剖面(A1、A2、A3),线距约300m,每条剖面上有21个测点,点距30m。B区布置了2条剖面(B1、B2),线距约800m,每条剖面上有29个测点,点距30m

。

1　工作方法

1.1　工作区选择

根据1∶20万区域地球化学填图成果显示,郫县唐昌地区是典型的汞异常区,也是本次工作研究的

重点区域。四川地矿局的何银武根据成都平原第四系等厚度资料推测出的基底隐伏断裂图[8](图2)显示,彭州-唐昌一带位于龙门山构造带东南侧,可能发育有多组隐伏断裂,其走向为NE向。按照推测的隐伏断裂位置,以及区域化探采样资料,在唐昌镇以西选择了2个区域开展多剖面地气测量工作

。

图3　地气测量工作区示意图Fig.3　SketchMapofWorkplacewith

GeogasProspecting

1.4　地气采集和样品分析

采用积累式地气采样,采样装置如图4所示。采样时,采样装置放置在深40cm的坑中,用塑料膜覆盖后再用泥土填埋。采样器用经过净化处理的聚氨脂泡沫塑料制成,悬挂在倒置的漏斗中,不与土壤接触,采样时间为45d

。

图2　成都平原隐伏断裂图[8]

Fig.2　DistributionofConcealedFaultinChengduPlain

1.2　工作区概况

本次工作目标区位于四川省郫县唐昌镇附近,工作区面积约4km。唐昌镇位于成都平原西北部,地处都江堰、彭州、郫县交汇处,距成都市区约70km。镇内土地肥沃,耕种面积大,水系发达,沟渠众多,农田以水田居多。

2

(a)土壤;(b)塑料覆盖膜;(c)埋置坑;(d)杯形罩;(e)塑料漏斗;(f)采样器

图4　地气采样装置埋置示意图

Fig.4　EmbedmentofGeogasSamplingDevice

采集了地气的采样器统一选取体积1cm3的部分,用于堆中子活化分析。中子辐照在中国核动力,

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分注入量为1×1018n/cm2。

活化后的样品,冷却2d,测量元素La、Sm、As、K、Na,每个样品的测量时间为2500s;冷却10d,

测量Au、Fe、Zn、Cr、Sc等元素,每个样品的测量时间为5000s。分析采用中国环境监测总站的西红柿叶标准物质及地矿部的GSO-Au-2金矿标准物质作分析参考标准和质量监控标准。1.5　其它测量工作

在目标区内按地气测网采集了地表以下40cm深的土壤样品42个,通过原子荧光法测定了其中汞含量(测试工作由中国地质科学院成都矿产综合利用研究所分析测试中心完成)。采集中层土壤(B层)进行分析,是为了避开耕作活动引入的干扰,能更好地反映土壤汞异常分布。

在相同测网上,还利用FD-3017型瞬时测氡仪开展了土壤氡浓度测量,每个测点氡气采集时间和测量时间均为5min。

在完成积累式地气测量工作后,还在断裂上方的测点上进行了小规模的抽气式地气采样,抽气流量为1L/min,采样时间为20min,每份样品浓缩于30mL3%稀硝酸(优级纯)中。通过ICP-MS测试了样品中的汞浓度。

图5　地气测量As异常分布三维图Fig.5　AnomalyofAsinGeogasProspecting

2　结果与讨论

2.1　地气测量结果

地气测量结果显示:A测区内,在A1测线13～16号测点,A2测线12～15号测点,A3测线10～13

号测点有明显的As、Au、Fe、La、Sm等多元素异常;B测区内,在B1测线的14～17号测点和B2测线的2～4号测点,也存在上述多元素异常。As和Au是地气测量灵敏元素;Fe、La、Sm是地气测量中显示构造的指示元素;而多元素异常的幅度不大,异常值为背景值的2～3倍;这些特征都反映出该地区隐伏断裂的信息。图5和图6分别是As和La的地气异常分布三维图,其它元素的异常分布与之类似,不再罗列。

2.2　隐伏断裂信息

在A、B两个区域,多元素地气异常都呈带状分布,反映了隐伏断裂的位置和走向;而地气异常带的宽度能够反映隐伏断裂的宽度。地气测量结果表明:工作区内确实存在隐伏断裂,它位于唐昌镇以西约2km处,其走向为NE40°,断裂宽度90～120

土壤氡浓度测量结果也反映出相似的构造信息,土壤氡浓度异常位置与地气相同,只是异常宽度～。

图6　地气测量La异常分布三维图Fig.6　AnomalyofLainGeogasProspecting

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被土壤吸附后经过百万年的富集,就成为地表汞异常的重要来源。

3　结论

地壳深部物质可以随上升气流迁移至地表。四川具有高的汞储量,成都平原西部靠近龙门山构造

带,基底隐伏断裂构造发育,断裂所经过的彭州、郫县等地都有汞异常区,并且汞异常区呈珠串状的分布趋势与隐伏断裂走向一致,表明两者具有相关性。本次研究证实:隐伏断裂为来自地下深部的汞的迁

图7　工作区内隐伏断裂示意图

Fig.7　SketchMapofConcealedFaultinWorkplace

移提供了有利条件,形成地表土壤汞含量异常,唐昌地区就是一个典型的因地球自身排气作用造成大面积区域汞异常的例子。

这种元素迁移是普遍存在的,某些化学性地方病,如内蒙古地区的砷中毒,其根源很可能是地壳深部地质体中存在砷的富集。

在人们研究环境污染时,往往注意人类生产、生活活动造成的人为污染,这的确是当今环境治理的主攻方向。但是本次研究工作让我们认识到,有些区域性的有毒有害元素异常却是由地球自身活动形成的,非人为因素造成的。在环境研究中,弄清元素异常来源是人为因素为主,还是自然因素为主,然后采取合理的防治措施,才能更有效地解决环境问题。

2.3　汞污染来源讨论

在1∶20万区域化探工作中,土壤采样深度为2m,化探结果表明唐昌地区的深层土壤存在高汞异常。而本次工作中的中层土壤采样分析结果也显示,工作区内土壤汞含量普遍较高,最高值为1800ng/g,已超过国家三级土壤临界值1500ng/g(《土壤环境质量标准》GB15618-1995)。可见,该地区的汞异常可能有地下深部的来源。

唐昌地区以农业耕种区为主,居住人口稀疏,工业设施很少,交通运输也远不及城市密集,人为活动造成大面积土壤汞异常的可能性不大。本次研究的工作区均位于耕种区内,土壤采样分析得到的高汞异常点并非位于公路或民房附近。前人对成都周边地区汞污染的调查也表明,成都平原的高汞含量区并非均在可能带来污染的厂区附近高汞异常应该另有源头。

通过ICP-MS的测试,断裂上方的抽气式地气样品中汞浓度达到0.17ng/ml,而断裂范围之外的地气样品中汞浓度在0.02～0.06ng/ml范围。这说明该汞异常区的上升气流中确实有汞存在,只是短期收集的地气中汞浓度极微弱。

综合以上因素,可以认为位于成都平原西部隐伏断裂带上方的汞异常现象主要来源于地下深部汞迁移作用,隐伏断裂是汞迁移的良好通道。尽管工业生产排放的汞会因大气迁移而污染表层土壤,但在成都平原西部的农作区,人为污染并不明显。而汞随地气迁移至地表是一种长期的地球物理行为,由深至浅贯穿整个土壤层,虽然迁移的数量很小,但

[4]

参考文献:

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(2):169～176.

。这些地区的

ONTHESOURCEOFMERCURYANOMALYINSOILOF

WESTCHENGDUPLAIN

LIUXiao-hui,TONGChun-han,ZHOUSi-chun,LIJu-chu,ZHULi-xue

2.GovernmentofBaijiaTownofShuangliuCountyofChengdu,Chengdu610211,China)

1

1

1

1

2

(.CollegeofAppliedNuclearTechnologyandAutomationEngineering,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China;

Abstract:InChengduplain,Tangchangareaisarepresentativeareawithhighmercuryanomalyinsoil.In

ordertostudythesourceofmercuryanomaly,multi-sectiongeogasprospectingwasperformedinTangchangarea.Fivemeasuringlineswithtotal121samplingpointswerelaidinworkplaceof4km2.Theintervalofsamplingpointswas30m.Akindofspecialsamplerwasusedtocollectgeogas,andthecontinu-oussamplingtimeis45d.Morethan10elementsingeogassamplesweredeterminedbyINAA.Severalofthem,includingAs,Au,Fe,La,Sm,exhibitaregularabnormaldistribution,whichreflectstheconcretepo-sitionoftheconcealedfaultinthisarea.ThefaultstrikeisNE40°,andthefaultwidthis90～120m.Deter-minedbyICP-MS,tracemercurywasfoundingeogassamplesabovetheconcealedfault.Theregionaldis-tributiontendencyofmercuryanomalyareainwestChengduplainisconsistentwiththeconcealedfaultstrikeatthesameposition.Themercurycantransferalongwiththegeogasfromdeepcrusttosurfacesoil.Asarouteway,theconcealedfaultprovidesagoodconditionforthetransferofgeogasandmercury,whichhasbecomeanimportantsourceofmercuryanomalyinsurfacesoil.ThemercuryanomalyinsoilofwestChengduplainisaresultofearthself-action.

Keywords:geogas;concealedfault;mercuryanomaly;ChengduPlain